JP2016047562A - 工具情報読み書き装置及び該工具情報読み書き装置を備えた工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】公知の工具情報読み書き装置が適用できなかった自動工具交換装置を具備した工作機械において使用可能な工具情報読み書き装置、及び該工具情報読み書き装置を備えた工作機械の提供。【解決手段】工具情報読み書き装置18は、タレット支持部32に取り付けられたアーム部34と、アーム部34に取り付けられたベース部36と、ベース部36に直線移動可能に設けられたスライド部38と、スライド部38に取り付けられかつ、タレット18に保持された工具40のデータキャリアに対して工具情報の読み書きを行う読み書きヘッド部42と、読み書き位置と退避位置との間を読み書きヘッド部42が往復移動できるようにスライド部38を駆動する駆動部44と、自動工具交換装置16の動作に連動して、駆動部44を制御する制御部46とを有する。【選択図】図2

Description

本発明は、工作機械において使用されるデータキャリア付き工具の情報を読み書きする装置に関し、特には、工作機械の自動工具交換装置に保持された工具のデータキャリアの情報を読み書きする装置、及び該装置を備えた工作機械に関する。
工具情報読み書き装置は、工作機械の自動工具交換装置に収納されたデータキャリア付き工具の、該データキャリア上に記録された工具情報(工具データ)を読み書きするための装置である。この工具情報には、工具番号、工具径、工具長、寿命カウンタ等が含まれる。自動工具交換装置に工具を収納後、工具情報読み書き装置を用いて読み取った工具情報を自動でNC装置に送信・登録することにより、手作業による入力と比較して、工数の削減や入力ミスの防止を図ることができる。
自動工具交換装置内の工具データを読み書きするには、工具情報読み書き装置の読み書きヘッド部を、工具のデータキャリアに対して正確に位置決めしなればならない。その理由は、データキャリアとして利用するICチップ等と読み書きヘッド部との通信を安定して行うために必要とされる、データキャリアと読み書きヘッド部との距離及び中心位置のズレの許容範囲が、狭い範囲に限定されるからである。
これに関連する周知技術例として、例えば特許文献1には、ツールを収納したポットをチェーンで駆動する方式の工具マガジン装置において使用される工具情報の読み書き装置が記載されている。ここでは、工具のV溝外周が挿入されるアームの開口部内に工具のV溝に当接して工具の軸方向の位置ずれを規正する部材を設け、さらにアーム開口部内に工具のドライブキー溝に嵌挿され工具の回転方向の位置ずれを規制する案内面を有するキーを設けキー内に読み書きヘッドを設けることにより、読み書きヘッドに対して工具のデータキャリアを正確に位置決めできる、とされている。
また特許文献2には、チェーン駆動式の自動工具交換装置において使用されるツール情報読取装置が記載されており、具体的には、工具交換装置に固定的に設けたブラケットに、ツールホルダの軸心に平行な第1の方向に移動自在な第1ベースが設けられ、該第1ベースに、ツールホルダの軸心に直交する第2の方向に移動自在な第2ベースと、該第2ベースを第2の方向に移動させる駆動装置とが設けられ、該第2ベースに、第1及び第2方向にそれぞれ直交する第3の方向に移動自在な第3ベースが設けられ、該第3ベースに、第2の方向に移動したときツールホルダの径方向両側に嵌合する一対のガイド部と、該一対のガイド部間に配置された読取ヘッドとが設けられる。これにより、自動工具交換装置のツールホルダ停止位置にばらつきがあっても、読取ヘッドを正確にツールホルダ所定位置に位置合わせすることができる、とされている。
実公平06−005076号公報 実開平06−000632号公報
上述のようなチェーン駆動式の工具交換装置を対象とした工具情報読み書き(読み取り)装置では、チェーンとスプロケット歯車との隙間の影響により、工具に備えられたデータキャリアの位置と読み書きヘッド部の位置との間にズレが生じるという課題があった。この課題に対し、特許文献1では、読み書きヘッドを備えたアームをばねで中立位置に保持するとともに、工具のデータキャリアと読み書きヘッドとの相対位置関係を適切にするためのガイド部として、工具の把持用V溝部外周を利用している。しかし、タレットのような、工具のV溝部を利用する工具交換装置を使用した場合、タレットの工具保持機構と読み書き装置との間に機構的な干渉が発生してしまうため、特許文献1のような読み書き装置はタレット式の自動工具交換装置を備えた工作機械では使用できない。
仮に、読み書きヘッド部を干渉なく配置できたとしても、タレットには回転中心軸回りの回転運動だけでなく、主軸頭の上下動に伴う揺動中心軸回りの揺動運動が発生する。そのため、工具に備えられたデータキャリアの位置に対して、読み書きヘッド部を、読み書き処理が可能な相対位置に正確に位置決めできないという問題があった。
また従来技術は、自動工具交換装置と加工室とが別々の区画に分かれて配置されている工作機械にしか対応していなかったため、加工中に発生した切粉が読み書きヘッドに付着することを考慮する必要はなかった。しかし、タレット式の自動工具交換装置は通常、加工室内に配置されるため、加工中に発生した切粉等が読み書きヘッドに付着して、データの読み書きの妨げとなる場合があった。
また特許文献2に記載の発明も、チェーン式の工具交換装置におけるチェーンの弛みや伸びに起因する課題を解決するものであって、タレット式の自動工具交換装置のような、チェーン式の工具交換装置にはない課題を解決するものではない。
そこで本発明は、公知の工具情報読み書き装置が適用できなかった自動工具交換装置を具備した工作機械において使用可能な工具情報読み書き装置、及び該工具情報読み書き装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本願第1の発明は、自動工具交換装置に保持されて所定位置に位置決めされたデータキャリア付き工具に対して、前記工具のデータキャリアに記録された情報を読み書きする工具情報読み書き装置であって、前記自動工具交換装置に取り付けられたアーム部と、前記アーム部に取り付けられたベース部と、前記ベース部に直線移動可能に設けられたスライド部と、前記スライド部に取り付けられ、かつ前記データキャリアに対して読み書きを行う読み書きヘッド部と、前記読み書きヘッド部が、前記所定位置に位置決めされた工具のデータキャリアの情報を読み書きする読み書き位置と、前記読み書き位置から後退した退避位置との間を往復動するように、前記スライド部を駆動する駆動部と、前記自動工具交換装置の動作に連動して、前記駆動部を制御する制御部と、を備えた工具情報読み書き装置を提供する。
第2の発明は、第1の発明において、前記ベース部と前記アーム部の間に、前記アーム部に対する前記ベース部の位置及び姿勢を調整して固定する調整機構を設けた、工具情報読み書き装置を提供する。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、流体を噴射して前記読み書きヘッド部の洗浄を行うヘッド部洗浄装置をさらに有する、工具情報読み書き装置を提供する。
第4の発明は、主軸と、前記主軸との間で工具交換を自動で行うタレット式の自動工具交換装置と、を備え、前記自動工具交換装置のタレットの割り出し動作によって所定の位置に割り出されたデータキャリア付き工具に対して、前記工具のデータキャリアに記録された情報を読み書きする、第1〜第3のいずれかの発明に係る工具情報読み書き装置と、を備えた工作機械を提供する。
本発明によれば、タレット式の自動工具交換装置のような干渉の可能性が高い装置を具備した工作機械においても、バネやガイド機構等が不要な簡易な構成でありながら、工具情報の読み書きを干渉なく正確に行える工具情報読み書き装置が提供される。また、自動で工具情報の読み書きを行うことができるので、手作業によるNC装置へのデータ登録時間の削減や入力ミスの防止を図ることができる。
読み書きヘッド部の初期位置を微調整可能な機構を設けることにより、より正確な読み取り動作が可能となる。
ヘッド部洗浄装置の使用により、加工中に発生した切粉等が読み書きヘッド部に付着してデータの読み書きに悪影響を与えることを回避することができる。
本発明に係る工具情報読み書き装置を、タレット式の自動工具交換装置を備えた工作機械に適用することにより、タレット等との干渉を回避しつつ工具情報の読み書きを正確に行うことができる。
本発明に係る工具情報読み書き装置を備えた工作機械の概略図である。 タレット及び工具情報読み書き装置の拡大図である。 工具情報読み書き装置の構造を示す図である。 本発明に係る工具情報読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第1の例を示すフローチャートである。 工具情報読み書き装置の読み書きヘッド部と、該ヘッド部の読み書き対象となる工具情報を記録したデータキャリアを有する工具とを示す図である。 本発明に係る工具情報読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第2の例を示すフローチャートである。 図6のフローチャートにおける、工具の有無チェックに関する処理の詳細を示すフローチャートである。 図6のフローチャートにおける、工具情報の読み書きに関する処理の詳細を示すフローチャートである。
図1は、本発明の好適な実施形態に係る工具情報読み書き装置を備えた工作機械の概略構成を示す図である。その外形を二点鎖線で概略図示した工作機械10は、被加工物(図示せず)を加工するための工具を把持可能な主軸12を回転自在に支持する主軸頭14と、モータによって位置制御され、主軸12に対して工具を自動で交換する自動工具交換装置16と、自動工具交換装置16に保持された工具の工具情報を読み書きするための工具情報読み書き装置(以降、単に読み書き装置とも称する)18とを有する。
図1の例では自動工具交換装置16は、周上に複数のグリップ19が(通常は等間隔で)配設されたタレット20を備えたタレット式の自動工具交換装置であり、タレット20の割り出し動作により、グリップ19に把持された所望の工具を所定の交換位置に割り出す(位置決めする)とともに、主軸12に装着された工具と割り出しされた所望の工具とを交換するように構成されている。
図1に示す工作機械10は、主軸12及びタレット20をそれぞれ主軸回転中心軸22及びタレット回転中心軸24(図2参照)回りに回転させる主軸回転用兼タレット回転用モータ26を有するが、主軸回転用モータとタレット回転用モータとをそれぞれ別に備えてもよい。また工作機械10は、主軸頭14の上下(鉛直方向)動作及びタレット20をタレット揺動中心軸28について揺動させる主軸頭上下動作用兼タレット揺動用モータ30を有するが、主軸頭上下動作用モータとタレット揺動用モータとをそれぞれ別に備えてもよい。これらのモータとしては、例えばサーボモータが使用可能である。なお工作機械10のうち、上記構成要素以外の部分については従来技術と同様でよいので、図示及び詳細な説明を省略する。
図2は、自動工具交換装置16及び読み書き装置18を示す図であり、図3は、読み書き装置18の要部の詳細を示す図である。読み書き装置18は、自動工具交換装置(図2の例ではタレット20を支持するタレット支持部32)に取り付けられたアーム部34と、アーム部34に取り付けられたベース部36と、ベース部36に直線移動可能に設けられたスライド部38と、スライド部38に取り付けられかつ、タレット18に保持されたデータキャリア付工具40のデータキャリアに対して工具情報の読み書きを行う読み書きヘッド部42とを有する。
さらに、読み書き装置18は、スライド部38を駆動して、所定位置に割り出し(位置決め)された工具のデータキャリアの情報を読み書きできる読み書き位置と、該読み書き位置から所定距離離れた退避位置との間を読み書きヘッド部42が往復移動できるようにする駆動部(例えばサーボモータ又は電磁ソレノイド)44と、自動工具交換装置16の動作に連動して、駆動部44を制御する制御部46とを有する(図1)。なお制御部46の機能は、工作機械10の制御装置が担ってもよい。
図1に示すようなタレット式の自動工具交換装置では、チェーン駆動方式に比べタレット20の回転方向の割り出し位置の位置再現性が高いので、タレット回転方向についての読み書きヘッド部42の位置を自動的に微調整する手段を設ける必要性は低い。ただし、読み書き装置18(特にヘッド部42)が、工具の取り付け時又は取り外し時に工具と干渉したり、タレット20が揺動又は回転したときにタレット20と干渉したりすることは避ける必要があるので、本発明では、読み書きヘッド部42を前進又は後退させるための直動機構を設け、読み書き動作を行うとき以外は退避位置に退避するようにすることができる。従って本発明では、タレット等と干渉しない読み書き装置を簡易な構成で実現することができる。
一方、アーム部34を自動工具交換装置16(タレット支持部32)に取り付ける際には、読み書き装置18の先端に配置された読み書きヘッド部42と、データキャリア付き工具40との位置関係にズレが生じることがあるが、この位置関係(工具40に対するヘッド部42の相対位置)に許容される誤差範囲は比較的狭いため、ヘッド部42(ベース部36)の初期位置を調整できるようにしておくことが好ましい。以下、そのための機構について説明する。
図3に示すように、アーム部34とベース部36との間には、アーム部34に対するベース部36の位置を左右方向及び上下方向について微調整して固定するための調整機構を設けることができる。具体的には、タレット支持部32に固定されたアーム部34の一端とは反対側の端部に、略鉛直方向に延びる第1ピン48回りに旋回可能な第1ブラケット50が取り付けられ、第1ブラケット50に、略水平方向に延びる第2ピン52回りに旋回可能な第2ブラケット54が取り付けられ、第2ブラケット54はベース部36に固定される。さらに、第1ブラケット50は、少なくとも1つ(図示例では2つ)の第1固定用ボルト56によってアーム部34に対して固定可能であり、第2ブラケット54は、少なくとも1つ(図示例では2つ)の第2固定用ボルト58によって第1ブラケット50に対して固定可能である。
上述のような調整機構により、アーム部34に対するベース部36の位置及び姿勢は、矢印60で示す略左右方向(略水平面内での互いに反対方向)と、矢印62で示す略上下方向(略鉛直面内での互いに反対方向)の双方について調整・固定することが可能となる。上述のように、スライド部38はベース部36に対して(図示例では矢印64の方向に)直動可能なので、ベース部36の初期の位置及び姿勢を好適に調整しておくことにより、タレット20等との干渉を回避しつつ、読み書きヘッド部42を正確に読み書き位置に移動させることができる。
また、工作機械10では、加工中に発生した切粉等が読み書きヘッド部42に付着して、データの読み書きに悪影響を与える虞がある。そこで、図3に示すように、読み書き装置18は、圧縮エア又はクーラント等の流体を噴射して読み書きヘッド部42の洗浄を行うヘッド部洗浄装置66を備えることが好ましい。ヘッド部洗浄装置66の位置や構造は、流体を噴射してヘッド部42の洗浄ができるものであればどのようなものでもよいが、図3では、ベース部36の端部に取り付けられたノズルとして示されている。図示例では、ノズル66は、ノズル66から噴射された流体が、退避位置から読み書き位置への読み書きヘッド部42の前進動作中にヘッド部42の先端に接触するにように配置されている。このような構成によれば、ヘッド部42が読み書き位置に到達したときはヘッド部42に付着した切粉等は除去されており、データの読み書きを安定して行うことができる。
次に、図4のフローチャートを参照しつつ、本発明に係る読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第1の例を説明する。第1の例では、読み書き位置に割り出し(位置決め)されている1つの工具を対象として工具情報読み書き動作を行う場合を説明する。
先ずステップS11において、読み書き動作に関する動作条件が満たされているか否かを確認する。ここで動作条件とは、タレット20の割り出し(回転動作)が完了しており、かつ揺動運動に関するタレット20の位置が所定の位置にあること等を意味し、工作機械10の制御装置等によって自動で確認することができる。動作条件が満たされていない場合は、その旨を示すメッセージ(例えば「動作条件NG」等)を工作機械のディスプレイ等に表示し(ステップS12)、作業者に対し適切な措置を採ることを促すようにする。このようにすれば、工具40が固定された状態で読み書き動作が行えるように工具交換装置16の動作と連動して読み書きヘッド部42の位置を制御することができ、工具に備えられたデータキャリアと読み書きヘッド部との位置関係を、読み書き動作に必要とされる相対位置関係にすることができないという不具合を回避することができる。
ステップS11において動作条件が満たされている場合は、読み書きヘッド部42を読み書き位置まで移動させる。具体的には、ヘッド部洗浄装置66を作動(ノズルから流体を噴射)させ(ステップS13)、読み書きヘッド部42を退避位置から読み書き位置に前進させ(ステップS14)、ヘッド部42が読み書き位置に到達したらヘッド部洗浄装置66(ノズルからの噴射)を停止させる(ステップS15)。なおステップS13及びS15は必須ではないが、両ステップにより、ヘッド部42を清浄な状態で読み書き位置に移動させることができる。
図5は、読み書きヘッド部42が読み書き位置にあるときの、タレットに保持されたデータキャリア付き工具40とヘッド部42とを示す図である。図示例では、工具40は、工作機械10の主軸12(図1)に装着されるテーパシャンク68と、工具把持に使用されるV溝(キースロット)70と、キースロット70内(図示例ではキースロット70の一部に形成したザグリ穴の底面)に配置されたICタグ又はバーコード等のデータキャリア72とを有し、データキャリア72に読み書きヘッド部42が近接することにより、データキャリア72に記録されたデータの読み書きを非接触式に行うことができる。
次に、読み書きヘッド部42を用いて、読み書き位置に割り出し(位置決め)されている工具の工具番号を確認し(ステップS16)、データキャリア72に記録されている工具情報の読み書きを行う(ステップS17)。ここで読み書きされる工具情報としては、工具番号、工具径、工具長、寿命カウンタ等が含まれるが、これは従来と同様なので詳細な説明は省略する。
最後に、工具情報の読み書きが完了したら、読み書きヘッド部42を退避位置まで後退させ(ステップS18)、一連の処理が完了する。
次に、図6〜図8のフローチャートを参照しつつ、本発明に係る読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第2の例を説明する。第2の例では、自動工具交換装置16(タレット20)に保持された全ての工具を対象として、一括して工具情報読み書き動作を行う場合を説明する。
先ずステップS21において、図4におけるステップS11と同様に、読み書き動作に関する動作条件が満たされているか否かを確認する。動作条件が満たされていない場合は、図4におけるステップS12と同様に、その旨を示すメッセージ(例えば「動作条件NG」等)を工作機械のディスプレイ等に表示し(ステップS22)、作業者に対し適切な措置を採ることを促すようにする。
ステップS21において動作条件が満たされている場合は、自動工具交換装置16内の工具の有無をチェックする(ステップS23)。以下、図7を参照しつつステップS23の詳細を説明する。
先ずステップS23aにおいて、変数Nに1を代入し、次のステップS23bでは、所定の最大工具数(通常はタレット20が保持可能な最大工具数)とNとを比較する。Nが最大工具数以下であれば、タレットのN番目の位置にある工具と主軸との間でツールチェンジャ等による工具交換動作を行う(ステップS23c)。
但し、タレットのN番目に工具が装着されていない場合は、工具交換動作を行っても、主軸に工具が装着されないことになる。そこで、次のステップS23dでは、主軸に工具が装着されているか否かを適当なセンサ等を用いて検出し、工具が装着されていない場合はNを1増加(インクリメント)して(ステップS23e)、ステップS23bに戻る。一方、主軸に工具が装着されている場合は、工作機械のNC装置等を用いて主軸に装着されている工具の工具番号を記憶し、ステップS23eに進む。
上述の処理をNが最大工具数を超えるまで繰り返すことにより、タレットのいずれのグリップ(ホルダ)に工具が装着されているか、さらに装着されている工具の工具番号を全て知ることができる。
次に、図8を参照しつつステップS24の詳細を説明する。先ずステップS24aにおいて、変数Nに1を代入し、次のステップS24bでは、所定の最大工具数とNとを比較する。Nが最大工具数以下であれば、主軸に装着されている工具とタレットとの間でツールチェンジャ等による工具交換動作を行い、読み書き装置18が読み書き動作を行える位置にN番目の工具として位置決めする(ステップS24c)。
但し、主軸に工具が装着されていない場合は、工具交換動作を行っても、読み書き位置に工具が存在しないことになる。そこで、次のステップS24dでは、読み書き位置に工具が存在しているか否かを適当なセンサ等を用いて検出し、工具が装着されていない場合はNを1増加(インクリメント)して(ステップS24e)、ステップS24bに戻る。
一方、読み書き位置に工具が存在している場合は、図4に示す第1の例におけるステップS13〜S18と同様の処理を行う。すなわち、ヘッド部洗浄装置66を作動(ノズルから流体を噴射)させ(ステップS24f)、読み書きヘッド部42を退避位置から読み書き位置に前進させ(ステップS24g)、ヘッド部42が読み書き位置に到達したらヘッド部洗浄装置66(ノズルからの噴射)を停止させる(ステップS24h)。次に、読み書きヘッド部42を用いて、読み書き位置に割り出し(位置決め)されている工具の工具番号を確認し(ステップS24i)、データキャリア72に記録されている工具情報の読み書きを行う(ステップS24j)。工具情報の読み書きが完了したら、読み書きヘッド部42を退避位置まで後退させ(ステップS24k)、ステップS24eに進む。
図6〜図8を用いて説明した処理により、タレットに保持されている複数の工具に対して工具情報読み書き動作を一括して行うことができる。なお、ステップS23及びS24では、いずれもタレットと主軸との間で工具交換動作を行うが、この工具交換動作を行わないことも可能である。すなわち、タレットの複数のグリップが逐次的に読み書き位置に位置決めされるような割り出し動作を行い、各グリップが読み書き位置に位置決めされる毎に読み書き装置のヘッド部を読み書き位置に前進させて、読み書き位置にあるグリップに工具が把持されている場合にはその工具のデータキャリアに対して読み書き動作を行うようにしてもよい。
上述のように、本発明に係る工具情報読み書き装置は、自動工具交換装置に把持された工具の1つに対して工具情報の読み書き動作を行うこともできるし、自動工具交換装置に把持された複数の工具に対して一括して工具情報の読み書き動作を行うこともできる。
10 工作機械
12 主軸
16 自動工具交換装置
18 工具情報読み書き装置
20 タレット
34 アーム部
36 ベース部
38 スライド部
40 データキャリア付き工具
42 読み書きヘッド部
44 駆動部
46 制御部
48 第1ピン
50 第1ブラケット
52 第2ピン
54 第2ブラケット
56 第1固定用ボルト
58 第2固定用ボルト
66 ノズル
72 データキャリア

Claims (4)

  1. 自動工具交換装置に保持されて所定位置に位置決めされたデータキャリア付き工具に対して、前記工具のデータキャリアに記録された情報を読み書きする工具情報読み書き装置であって、
    前記自動工具交換装置に取り付けられたアーム部と、
    前記アーム部に取り付けられたベース部と、
    前記ベース部に直線移動可能に設けられたスライド部と、
    前記スライド部に取り付けられ、かつ前記データキャリアに対して読み書きを行う読み書きヘッド部と、
    前記読み書きヘッド部が、前記所定位置に位置決めされた工具のデータキャリアの情報を読み書きする読み書き位置と、前記読み書き位置から後退した退避位置との間を往復動するように、前記スライド部を駆動する駆動部と、
    前記自動工具交換装置の動作に連動して、前記駆動部を制御する制御部と、
    を備えた工具情報読み書き装置。
  2. 前記ベース部と前記アーム部の間に、前記アーム部に対する前記ベース部の位置及び姿勢を調整して固定する調整機構を設けた、請求項1に記載の工具情報読み書き装置。
  3. 流体を噴射して前記読み書きヘッド部の洗浄を行うヘッド部洗浄装置をさらに有する、請求項1又は2に記載の工具情報読み書き装置。
  4. 主軸と、
    前記主軸との間で工具交換を自動で行うタレット式の自動工具交換装置と、を備え、
    前記自動工具交換装置のタレットの割り出し動作によって所定の位置に割り出されたデータキャリア付き工具に対して、前記工具のデータキャリアに記録された情報を読み書きする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の工具情報読み書き装置と、
    を備えた工作機械。
JP2014172717A 2014-08-27 2014-08-27 工具情報読み書き装置を備えた工作機械 Active JP6487165B2 (ja)

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